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基于Xen虚拟机的逆向调试方法研究与实现

邵腾刚  
【摘要】: 随着软件产业的蓬勃发展,软件的规模和复杂度越来越高。在软件开发过程中,调试工作的难度也随之提高。使用一般的调试方法,往往会遇到这样的困境:第一,由于系统的并行性和外部环境的变化,导致软件错误无法重现;第二,软件错误的影响显现时,系统的状态已经发生改变,无法通过分析系统当前的状态来挖掘错误出现的根源,只能选择从头开始运行,这样非常耗费时间。针对这样的困境,本文提出了一种将确定性记录回放技术和逆向调试相结合的调试方法。 本文首先介绍了当前国内外逆向调试技术以及确定性记录回放技术的研究进展,并分析这两种技术在解决前文所提出的困境的可行性。本文着重介绍了基于Xen虚拟机的逆向调试方法,其实现方案主要分为两个阶段:实现确定性记录回放系统;为记录回放系统添加局部回放功能,并进一步实现逆向调试系统。 在确定性记录回放系统的研究中,本文讨论了实现确定性回放所需要记录的信息以及具体的记录方法,并设计了记录文件的结构。通过在Xen虚拟机管理器中添加记录回放模块,实现了收集目标对象DomU虚拟机运行信息的记录功能,以及根据记录重现DomU的运行过程的回放功能。 在逆向调试系统的研究过程中,本文首先讨论了引入检查点机制的必要性和具体的实现方法;并进一步研究了如何将回放系统与GDB调试器相结合,实现提供逆向调试命令的调试系统。 实验结果表明,本文所实现的逆向调试能够完整地重现调试对象的运行过程,并且可以通过逆向调试命令使其逆向运行,加以分析调试。而实现这些功能所带来的空间消耗和性能损失均在当前硬件所能承受的范围,可以应用在实际的调试工作中。


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